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基于光学区雷达目标二维像的目标散射特征提取的理论及方法研究

孙真真  
【摘要】: 在高分辨成像雷达体制下,基于雷达目标二维像的散射特征提取,是雷达目标识别领域中一项理论意义与实用价值兼备的课题。围绕这一课题,本文研究了雷达目标二维像的理解与处理,及二维散射中心的建模与参数估计问题。 论文从电磁散射机理入手,明确提出了真实目标的复杂散射行为与理想的点散射中心模型描述这两者间的失配问题。全文以此为线索,以光学区散射中心理论为基础,分别从目标二维像的散焦效应、二维像的时频分析、以及二维散射中心的模型化这三个角度,探讨对目标复杂散射特性进行更为合理的描述和分析,并提取可用于识别的目标结构特征。 论文阐述了目标散射模型失配的概念及其产生根源,针对其在ISAR成像中造成的两维模糊展布现象,提出了二维等效散焦误差的概念,确立了以散焦效应的观点来系统描述和分析上述现象的理论基础。同时在图像域引入二维空变点展布函数(SVPDF)来解析表达非点散射机制对理想“点”的展布作用。推演了典型非点散射结构—腔体结构的二维SVPDF的具体形式,得到消除其散焦效应的积分变换域滤波方法。 从时频分析的角度,论文提出了基于改进的自适应高斯基表示(AGR)的ISAR图像理解和处理方法。提出了可变缩率的AGR算法和方差频域反馈修正法,有效改善了原AGR算法的综合性能。建立了对目标ISAR图像进行AGR处理的系统框架,为利用AGR这一时频分析手段从ISAR图像中解构出不同类型的散射中心的特性,提供了系统的理论依据和具体的实现方式。依此框架完成了对飞机目标ISAR图像有效的增强处理,提取到了反映成像目标结构特征的点散射中心集合。 在对目标散射中心的建模与参数估计中,提出采用更贴近散射机理的、特征含量更为丰富的二维散射中心模型—区分局域性与展布式散射中心类型的几何绕射理论(TD-GTD)模型。对TD-GTD模型参量的最大似然估计(MLE)算法进行了推导。提出基于AGR分解的灵活高效的参数估计初始值选取方法。作为有效解决TD-GTD模型中混合参数估计问题的准最优方法,提出了参数解耦的MLE算法。在此基础上,引入RELAX技术,提出了ML-RELAX参数估计方法,解决了同时估计多个散射中心这一造成计算量过大的根源问题。实验证实了TD-GTD模型的合理性以及ML-RELAX算法估计性能的优越性。


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